基於三軸加速度傳感器的老人摔倒檢測

2021-01-08 電子產品世界

摘要：老人因意外摔倒不能及時救助會造成嚴重的後果，發生意外時若能及時通知救援人員，可大大降低摔倒後的危險程度。三軸加速度傳感器能夠採集分析人體摔倒時三個方向的加速度變化特徵，以判斷老人是否摔倒。主要分析了三軸加速度傳感器ADXL345的特點及工作原理，最後提出一種檢測老人意外摔倒的方案。
關鍵詞：三軸加速度傳感器；中斷閾值判斷；老人摔倒檢測；加速度變化

1 加速度傳感器
1．1 定 義
加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備。加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速度計有兩種：一種是角加速度計，是由陀螺儀(角速度傳感器)的改進的。另一種就是線加速度計。
1．2 加速傳感器的工作原理
加速度傳感器會接受外界傳遞的物理性輸入，通過感測器轉換為電子信號，再最終轉換為可用的信息。主要感應方式是對微小物理量的變化進行測量，再通過電壓信號來表示這些變化量。

2 三軸加速度傳感器ADXL345
2．1 概述
ADXL345是ADI公司推出的基於MEMS技術的數字輸出的三軸加速度傳感器。ADXL345具有±2g，±4g，±8g，±16g可變的測量範圍；最高13 b解析度測量；固定的4 mg／LSB靈敏度；3 mm×5 mm×1 mm超小封裝；40～145 μA超低功耗；標準的I2C或SPI數字接口；32級FIFO存儲；以及內部多種運動狀態檢測和靈活的中斷方式等特性。這些特性使其成為一款非常適合用於摔倒檢測的加速度傳感器。
2．2 工作原理
ADXL345首先由前端感應器件感應測得加速度的大小，然後由感應電信號器件轉為可識別的電信號，這個信號是模擬信號。ADXL345集成的A／D裝換器將此模擬信號轉換為數位訊號。在計算機中，數位訊號一律用補碼的形式表示，在此也一樣，A／D轉換器輸出的是16位的二進位補碼。經過數字濾波器的濾波後，在控制和中斷邏輯單元的控制下訪問32級FIFO，通過串行接口讀取數據。ADXL345的控制命令也是通過接收來自串口的讀寫命令來實現的，這主要是對寄存器的操作。

3 ADXL345與微控制器的通信
ADXL345為用戶提供了兩種與微控制器的通信方式：SPI和I2C。本文採用基於嵌入式的S3C2410微控制器與三軸加速度傳感器ADXL345的連接來詳細講述ADXL345的SPI通信方式。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/159395.htm


3．1 ADXL345的SPI通信過程
SPI的最高時鐘為5 MHz，通信開始時主MCU選擇CS置位，CS復位則通信結束，SCLK由主MCU提供串行時鐘。SDI與SDO是串行數據輸入與輸出，它們分別在時鐘的上升沿獲取數據。一次通信過程中讀寫多字節必須要設定MB位(Multiple—byte Bit)，在讀取完第一個寄存器的數據後ADXL345會自動將地址指向下一個寄存器。ADXL345輸出16位二進位補碼，每個軸都分配了2 B輸出數據寄存器，共6個，地址為0X32-0X27，這樣會連續輸出6 B數據。但對地址非連續的寄存器進行操作必須通過CS停止通信並單獨設定下一個要操作的寄存器地址，然後再建立通信。所以通過SPI讀取ADXL345採集的數據只能連續讀取6 B數據，然後地址返回0X32繼續讀取6 B數據。
3．2 S3C2410的接口特點
S3C2410有2個串行外圍設備接口(SPI)，每個SPI接口都有2個分別用於發送和接收的8位移位寄存器。在SPI通信中，數據同時被發送(串行移出)和接收(串行移入)，8位串行數據的傳輸速率由相關的控制寄存器決定。
SPI的接口特性：與SPI接口協議V2．11兼容；8位用於發送的移位寄存器；8位用於接收的移位寄存器；8位預分頻邏輯；查詢、中斷和DMA傳送模式。
3．3 接口連接
根據ADXL345工作原理和S3C2410的接口特點，把S3C2410的SPI配置為主設備，完成對ADXL345的接口設計，硬體連接如圖2所示。


SPI MOSI作為主設備的輸出，SPI MISO作為主設備的輸入，SPI CLK用作SPI通信的串行時鐘。且S3C2410支持4種不同的傳輸格式，可以保證主從設備時序的一致性。
S3C2410的SPI接口操作：通過SPI接口S3C2410可以與ADXL345同時發送和接收8位數據。串行時鐘線與兩條數據線同步，用於移位和數據採樣。

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